[发明专利]压电谐振器以及使用它的电子元件

说明书

本发明涉及采用压电部件的机械谐振的压电谐振器，尤其涉及这样一种压电谐振器，它包括具有一长度方向的基体部件，由极化的压电部件组成并构成基体部件至少一部分的有源部分，以及配置有源部分的一对外电极。本发明还涉及使用该压电谐振器的电子元件，例如振荡器、鉴别器和滤波器。

图38是常规压电谐振器的透视图。压电谐振器1包括例如从顶部看呈矩形平板状的压电基片2。压电基片2在厚度方向上被极化。在压电基片2的两个表面上形成电极3。当信号在电极3之间输入时，电场沿厚度方向施加在压电基片2上并且压电基片2沿纵向振动。在图39中，示出了在从顶部看呈方板形的两个表面上形成有电极3的压电基片2的压电谐振器1。压电谐振器1的压电基片沿厚度方向极化。当信号在压电谐振器1的电极3之间输入时，电场沿厚度方向施加在压电基片2上并且压电基片2以正方形振动模式(沿平面方向)振动。

这些压电谐振器是非刚性的，其振动方向与极化方向和电场方向不一致。这种非刚性压电谐振器的机电耦合系数小于振动方向、极化方向和电场施加方向一致的刚性压电谐振器。非刚性压电谐振器的谐振频率与反谐振频率之间的频差ΔF较小。这带来的缺点是当非刚性频率谐振器用作振荡器或滤波器时使用的频率带宽较窄。因此这样的压电谐振器和使用它的电子元件在性能设计上自由度较小。

图38所示的压电谐振器采用的是纵向模式中的一次谐振。由于其结构上的特点，它在奇数次谐振模式，例如三次、五次模式和宽度模式中还产生较大的寄生谐振。为了抑制这些寄生谐振，可以考虑采取一些措施，例如抛光、增加质量和改变电极的形状。这些措施都增加了制造成本。

此外，由于从顶部看压电基片呈矩形平板状，所以受强度的限制基片无法减薄。因此电极之间的距离无法减小而端子之间的电容无法做大。这对于实现与外部电路的阻抗匹配来说是极其不方便的。为了能通过将大量压电谐振器交替串联和并联在一起而构成梯状滤波器，串联谐振器与并联谐振器的电容比需要做得较大以加大衰减。但是由于压电谐振器受到如上所述形状的限制，所以无法得到大的衰减。

在图39所示压电谐振器中，采用矩形一阶谐振器(沿平面方向)。因为其结构，产生了诸如在平面方向上厚度模式和三次波模式中出现的较大寄生谐振。由于与采用纵向振动的压电谐振器相比，为了获得同样的谐振频率，这样的压电谐振器在尺寸上需要做得较大，所以它的尺寸难以减小。当利用多个压电谐振器构成梯状滤波器时，为了提高串联谐振器与并联谐振器的电容比，串联的谐振器要做得厚并且只在压电基片的一部分区域形成电极以使电容也同样地小。在这种情况下，由于只制备了电极的一部分，所以谐振频率与反谐振频率之间的频差ΔF以及电容都有所减小。并联谐振器的ΔF同样需要做得较小。这样，压电基片的压电特性就不能充分利用，而滤波器的通过带宽就无法增加。

本发明构思出一种压电谐振器，它具有较小的寄生谐振，谐振频率与反谐振频率之间的频差ΔF较大。

在该压电谐振器中，交替层叠多个压电层和多个电极形成一个具有长度方向的基体部件，多个压电层沿基体部件的长度方向极化。层叠的压电谐振器采用刚性类型，其压电层中振动方向、极化方向和施加电场的方向是相同的。因此，与振动方向不同于极化方向和电场方向的非刚性压电谐振器相比，刚性压电谐振器具有较大的机电耦合系数，谐振频率与反谐振频率之间的频差ΔF较大。此外，与基本振动不同的诸如宽度和厚度模式下的振动是不会在刚性压电谐振器中发生的。

压电谐振器采用这样一种层叠结构，在每个压电层与基体部件的方向相垂直的整个表面区域上形成每个电极，故必须改变电极之间的距离以及电极数，将ΔF设置成所需的值。

因此，本发明的主要目的在于提供一种压电谐振器，其性能设计方面有较高的自由度，并允许将谐振频率与反谐振频率之间的频差ΔF设置成所需的值，无需改变电极之间的距离或电极数，并提供一种采用该压电谐振器的电子元件。

根据本发明，提供一种压电谐振器(10)，它包括：

具有一长度方向的基体部件(12)，所述基体部件(12)包括由多个极化的压电层(12a)组成的有源部分，所述极化的压电层(12a)沿所述长度方向层叠，以及

配置所述有源部分的一对外电极(20、22)，

其中，所述压电谐振器(10)进一步包括连接到所述外电极(20,22)的多个内电极(14)，所述内电极(14)和所述极化的压电层(12a)沿着所述基体部件(12)的长度方向交替地设置在所述有源部分内，当沿着所述基体部件(12)的长度方向将一个交流电场通过所述多个内电极(14)施加到所述有源部分时，激发一个纵向基本振动。